УДК 621.315.592

          Проведено исследование зависимости сопротивления переходного контакта r_к экструдированных образцов твердого раствора Bi₈₅Sb₁₅ со сплавом, мас. %, 57Bi + 43Sn с Т_пол > 412 К от напряженности магнитного поля и температуры. Данный контактный сплав широко используется при коммутации термоэлементов на основе твердых растворов систем Bi--Sb. При нанесении контакта на торцы экструдированных образцов Bi₈₅Sb₁₅ происходит взаимная диффузия компонентов твердого раствора и контактного сплава друг в друге. Поэтому в результате диффузии атомов Sn из контактного сплава в твердый раствор Bi₈₅Sb₁₅ вблизи контакта возникает приконтактный слой данного твердого раствора, легированный атомами олова. Показано, что легированием приконтактного слоя ветвей термоэлементов из твердого раствора Bi₈₅Sb₁₅ донорными примесями, компенсирующими действиями акцепторных атомов, диффундирующих из контактного сплава в этой слой, можно значительно понизить r_к и повысить эффективность термоэлементов.

          Кристаллы твердых растворов систем Bi-Sb фоточувствительны ИК-области спектра, а также являются эффективными термо- и магнитотермоэлектрическими материалами для ИК- фотоприемников. Эффективность фото- и термоэлектрических преобразователей, кроме фундаментальных параметров полупроводникового материала, определяется также и физическими свойствами переходных контактов указанных преобразователей. Поэтому исследование зависимости переходного сопротивления термоэлементов на основе твердых растворов систем Bi-Sb от температуры и напряженности магнитного поля представляет интерес как для физики электронных процессов, происходящей на переходных контактах полупроводник - контактный сплав, так и для прикладных задач низкотемпературного фото- и магнитотермопреобразования энергии.
          В данной работе проведено исследование зависимости сопротивления переходного контакта r_к экструдированных образцов твердого раствора Bi₈₅Sb₁₅ со сплавом, мас. %, 57Bi + 43Sn c Т_пл > 412 К от напряженности магнитного поля и температуры. Данный контактный сплав широко используется при коммутации термоэлементов на основе твердых растворов систем Bi-Sb.
          Экструдированные бруски твердого раствора Bi₈₅Sb₁₅ диаметром ~ 6 мм были получены по технологии, описанной в работе [1]. Образцы для исследований вырезали из экструдированных брусков. Контактное сопротивление измеряли зондовым методом на переменном токе. На тех же образцах Bi₈₅Sb₁₅, в которых исследовалось сопротивление переходного контакта, измерены и удельные сопротивления.
          Опыты проводились в интервале температур от ~77 до 300 К и напряженности магнитного поля до
Н = 74·10⁴ А/м.
          Электрические измерения проводили вдоль оси экструзии. Были исследованы образцы, не прошедшие после экструзии термообработку, и эти же образцы, прошедшие после экструзии термообработку при ~503 К в течение 5 ч [2].
          Полученные данные представлены в таблице.

Образцы, не прошедшие термообработку				Образцы, прошедшие термообработку после экструзии при 503 К в течение 5 ч
Н = 0		Н = 74·104 А/м		Н = 0		Н = 74·104 А/м
rк·10-5, Ом·см2	r·10-7, Ом·см	Drк/rк0	Dr/r0	rк·10-5, Ом·см2	r·10-7, Ом·см	Drк/rк0	Dr/ r0
8,0	5668	2,25	1,83	3,1	1889	11,2	7,3

          Из таблицы видно, что характер изменения сопротивления переходного контакта r_к твердого раствора Bi₈₅Sb₁₅ эвтектическим сплавом и удельного сопротивления r самого твердого раствора экструдированного образца Bi₈₅Sb₁₅ от напряженности магнитного поля одинаковый.
          Достаточно сильные по сравнению с удельным сопротивлением r зависимости r_к переходного контакта Bi₈₅Sb₁₅ с контактным сплавом от напряженности магнитного поля можно объяснить следующим.
          При нанесении контакта на торцы экструдированных образцов Bi₈₅Sb₁₅ происходит взаимная диффузия компонентов твердого раствора и контактного сплава друг в друге. Поэтому в результате диффузии атомов Sn из контактного сплава в твердый раствор Bi₈₅Sb₁₅ вблизи контакта возникает приконтактный слой данного твердого раствора, легированный атомами олова. В результате возникает структура твердый раствор Bi₈₅Sb₁₅ - промежуточный слой твердого раствора Bi₈₅Sb₁₅, сильнолегированный акцепторными атомами олова - контактный сплав. Удельное сопротивление промежуточного слоя при ~77 К (твердого раствора Bi₈₅Sb₁₅, легированного Sn) несколько раз превышает удельное сопротивление чистого Bi₈₅Sb₁₅. Кроме того, образцы, легированные атомами Sn с концентрацией более 0,01 ат. %, обладают при 77 К р-типом проводимости [1, 3]. Поэтому переходное контактное сопротивление структуры в основном будет определяться переходным сопротивлением перехода твердый раствор Bi₈₅Sb₁₅ - промежуточный слой. В магнитном поле с ростом напряженности магнитного поля до 74·10⁴ А/м удельное сопротивление Bi₈₅Sb₁₅ сильно растет. Одновременно растет и удельное сопротивление промежуточного слоя (например, наши эксперименты показали, что экструдированные образцы с 0,1 ат. % Sn имеют при ~77 К r/ > 5·10^-4 Ом·см и с ростом напряженности магнитного поля до 74·10⁴ А/м r почти линейно растет и достигает до ~6·10^-4 Ом·см). Из-за этого рост r_к структуры Bi₈₅Sb₁₅ - промежуточная фаза под действием магнитного поля более сильный, чем рост удельного сопротивления чистого Bi₈₅Sb₁₅.
          Это предположение нами подтверждено экспериментально легированием образцов Bi₈₅Sb₁₅ донорными примесями теллура. Введением в Bi₈₅Sb₁₅ атомов теллура в определенный концентрации можно скомпенсировать действие акцепторных атомов Sn в приконтактный области. Эксперименты показали, что действительно в случае экструдированных образцов Bi₈₅Sb₁₅ с 0,005-0,1 ат. % Те сопротивление переходного контакта Bi₈₅Sb₁₅ - контактный сплав при 77 К примерно на порядок меньше, чем в случае чистого твердого раствора Bi₈₅Sb₁₅, и зависимость (r_к - r_к0)/ r_к0 от напряженности магнитного поля (Н) достаточно хорошо соответствует зависимости (r-r₀)/r₀ от Н. Эти данные также показывают, что легированием приконтактного слоя ветвей термоэлементов из твердого раствора Bi₈₅Sb₁₅ донорными примесями, компенсирующими действия акцепторных атомов диффундирующих из контактного сплава в этот слой, можно значительно понизить r_к и повысить эффективность термоэлементов.
          При температурах выше ~120 К тип проводимости твердого раствора Bi₈₅Sb₁₅, легированного Sn, становится электронным [1, 3]. Кроме того, при высоких температурах действие примесей Sn на r твердого раствора Bi₈₅Sb₁₅, в том числе и на r промежуточного слоя, ослабляется. Поэтому при
300 К, несмотря на то, что значения удельного сопротивления как твердого раствора Bi₈₅Sb₁₅, так и промежуточного слоя (слоя Bi₈₅Sb₁₅, легированного Sn) незначительно отличаются от значений r при 77 К, контактное сопротивление r_к при 300 К в ~2 раза меньше, чем при 77 К. Изменение r_к структуры под действием магнитного поля при ~300 К также хорошо коррелирует изменением r чистого Bi₈₅Sb₁₅ и промежуточного слоя.
          При экструзии за счет пластической деформации в образцах параллельно образованию текстуры образуются структурные дефекты [4]. Эти дефекты являются центрами рассеяния для носителей заряда и уменьшают их подвижность. Одновременно увеличивается концентрация носителей заряда, что вызвано образованием электрически активных центров на дефектах. Отжиг прутков после экструзии приводит к исчезновению этих областей, что заканчивается ростом подвижности носителей заряда. Вследствие этого магниторезистивный эффект и изменение r_к под действием магнитного поля в отожженных образцах сильнее, чем в неотожженных.
          Благодаря применению результатов данной работы можно улучшить параметры фото- и магнитотермоэлектрических преобразователей на основе твердых растворов систем Bi-Sb.

          Л и т е р а т у р а

          1. Т а г и е в М. М., А б д и н о в Д. Ш. Магнитотермоэлектрические свойства экструдированных образцов твердого раствора Bi₈₅Sb₁₅, легированного свинцом//Неорганические материалы, 1995. Т. 31. N11. С. 1405-1407.
          2. Т а г и е в М. М., А г а е в З. Ф., А б д и н о в Д. Ш. Термоэлектрические свойства экструдированных образцов Bi₈₅Sb₁₅//Там же. 1994. Т. 30. N 3. С. 375-378.
          3. З е м с к о в В. С., Б е л а я А. Д., Г у с а к о в В. П., Р о с л о в С. А. Гальвано- и термомагнитные свойства сплавов висмут-сурьма, легированных оловом: Деп. ВИНИТИ. N 2888-74. 1994. - 25 с.
          4. Г о р е л и к С. С., Д а ш е в с к и й М. Я. Материаловедение полупроводников и диэлектриков. - М.: Металлургия. 1988. С. 499.

          In present work study of dependencies of transional contact r_к of extruded samples Bi₈₅Sb₁₅ solid solution with the alloy mas. %, 57Bi + 43Sn with melting temperature T_m > 412 K on the intensity of magnetic field and temperature. This contact alloy is broadly use at commutation of thermoelements on the base Bi-Sb system solid solution. At the fixing of contact on torahs of extruded samples Bi₈₅Sb₁₅ occurs a mutual diffusion of components of solid solution and contact alloy each to other. So as result of diffusions of atoms Sn from the contact alloy in Bi₈₅Sb₁₅ solid solution near the contact appears near-contact layer of given solid solution, doped by atoms of tin. By doping near contact layer of branches of thermoelements on the base of Bi₈₅Sb₁₅ solid solution with donor impurities, compensating action of acceptor atoms, diffusing from the contact alloy in this layer, possible vastly lower r_к and raise efficiency of thermoelements.

Содержание журнала "Прикладная физика" N 3, 1999 г.